(57)【要約】【課題】特定の回転角基準点を起点とする実回転角度を検出でき、しかも構造が簡易な軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバの提供。【解決手段】ロータの回転角度に応じて、ステータ上のコイルとロータとの間のギャップパーミアンスの値が、正弦波関数に従って変化する軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、ロータの外周201及び202を基準半径101及び102で規定する。ロータ回転軸103を中心として、時計回り方向の角度φが270度から90度の範囲においては、基準半径101の値はＲ01に設定し、角度φが90度から270度の範囲においては、基準半径102の値は、Ｒ01より小さい値のＲ02に設定する。ロータ回転軸103に関し互いに軸対称の位置にあるコイルの検出電圧を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを含まず磁性体のみで形成されるロータと、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルを含むステータとを具備して構成され、該検出コイルと該ロータの外周部との間のギャップパーミアンスが該ロータの回転角に対して正弦波状に変化するように該ロータの外周形状が形成されている軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、
前記ロータの回転軸より該ロータの外周を見込む角度をφとすると、φが０度から１８０度にわたる範囲と１８０度から３６０度にわたる範囲とでは、前記ロータの外周形状を規定する基準半径が互いに異なることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
【請求項２】
前記ロータの回転角度を特定するための電圧出力端が、前記回転軸に関し軸対称の位置にある２つの前記検出用コイルに設けてあることを特徴とする請求項１に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転モータ、ジェネレータ等において回転角度検出センサとして用いられるバリアブルリラクタンス型レゾルバに関し、特に検出角度の不定性を除き、１つの回転角基準点を起点とする実回転角度の特定が可能な軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にバリアブルリラクタンス型レゾルバは、各種の回転モータまたはジェネレータ等において、回転数制御用または転流制御用の回転角度検出センサとして使用されている。図９(a)は、従来から一般に使用されているバリアブルリラクタンス型レゾルバの一例の外観を概念的に示す斜視図である。図９(b)は、回転軸に平行な方向から見たレゾルバの正面図である。図９のレゾルバはステータ１とロータ２を有し、ステータ１には励磁用及び検出用コイル３が設けてある。ロータ２は、図９を参照して明らかなように、コイルを備えず、珪素鋼板などの磁性体のみで形成されている。ステータ１には、８個の励磁/検出用のコイル３が設けられている。
【０００３】
ロータ２の外周形状は、コイル３とロータ２の外周との間のギャップパーミアンスが、ロータ２の回転角度の正弦波関数となるように形成されている。ロータ２の回転に応じて、コイル３からは、ロータ２の回転角度を検出するための正弦波状の電圧が出力される。レゾルバは一種の回転角度検出センサであるから、レゾルバの回転角度検出精度を高めることが好ましい。そこで、ロータ２の１回転に対応してｎ周期に相当する正弦波状電圧の出力を得るレゾルバが、ｎＸレゾルバと呼称され、実用されている。ここで、ｎは軸倍角数である。
【０００４】
上記ｎＸレゾルバは、ロータ２の１回転に対応してｎ周期分の正弦波状電圧が出力される。このｎＸレゾルバは、何らかの工夫を加えない原理的な構造のままでは、特定の回転角基準点を起点とする実回転角度を検出できない。例えば、Ｘが２であれば、２Ｘレゾルバの出力から、回転角基準点を起点として、ロータ２の回転角度がθ又はθ＋180度の何れかであることは検出できるが、θ又はθ＋180度のうちの何れであるかを特定できない。即ち、単なる２Ｘレゾルバの出力でロータの回転角度を検出するならば、ロータの回転角度検出には180度の不定性が残る。２Ｘレゾルバを完全な回転角度検出センサとして用いるには、検出角度の不定性を除去し、１つの回転角基準点を起点とするロータの実回転角度を特定できるものが求められる。
【０００５】
検出角度の不定性を除くために従来から各種の手段が提案されている。例えば、特許文献１（特開平０５−０１０７７９）においては、ｎＸレゾルバに１Ｘレゾルバを組み合わせて構成される磁気レゾルバに対する改善提案が示されている。この提案においては、１ＸレゾルバとｎＸレゾルバのロータコアをロータ板の同一平面状に配置するとともに、これらの両レゾルバに設けられている突極もステータ板の同一平面状に配置することによって、両レゾルバの配置構造の扁平化を図ることが可能となり、且つ、１Ｘレゾルバ及びｎＸレゾルバにおいては、共に前記ロータコアと前記突極との間の対向面積の変化を基にして、回転角度位置を検出する機能が付与されていることにより、ロータとステータ間の微小ギャップの変化を基に回転角度位置を検出する偏心型の磁気レゾルバに比べて、温度変化やモーメント荷重のなどの誤差要因による影響を受け難い磁気レゾルバが実現できるものとしている。
【０００６】
また、他の例として、特許文献２（特開２０００−２５８１８７）には、従来のバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて利用されている零位置検出装置を改善する提案が記載されている。本提案においては、励磁用及び検出用のコイルに加えて、零位置検出コイルを新たにステータに設けるとともに、ロータに対しては、凹部または凸部からなる検出部を設けることにより、該検出部の位置を、零位置検出コイルから出力される電圧変化により検出することができるものとしている。
【特許文献１】特開平０５−０１０７７９
【特許文献２】特開２０００−２５８１８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のバリアブルリラクタンス型レゾルバにはそれぞれ解決するべき課題がある。特許文献１に開示された磁気レゾルバは、偏平化を意図して、それぞれ平板上に形成される１ＸレゾルバとｎＸレゾルバを含む二組のレゾルバが、相対向する形態にて組み合わされて構成されており、構造が複雑化するとともに、サイズが大型化する。
【０００８】
また、特許文献２に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバの零位置検出装置は、バリアブルリラクタンス型レゾルバ本来の機能に加えて、零位置検出のための格別な構造を必要とするので、バリアブルリラクタンス型レゾルバの構造が複雑化する。
本発明の目的は、特定の回転角基準点を起点とする実回転角度を検出でき、しかも構造が簡易な軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１０】
（１）コイルを含まず磁性体のみで形成されるロータと、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルを含むステータとを具備して構成され、該検出コイルと該ロータの外周部との間のギャップパーミアンスが該ロータの回転角に対して正弦波状に変化するように該ロータの外周形状が形成されている軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、
前記ロータの回転軸より該ロータの外周を見込む角度をφとすると、φが０度から１８０度にわたる範囲と１８０度から３６０度にわたる範囲とでは、前記ロータの外周形状を規定する基準半径が互いに異なることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
【００１１】
（２）前記ロータの回転角度を特定するための電圧出力端が、前記回転軸に関し軸対称の位置にある２つの前記検出用コイルに設けてあることを特徴とする前記（１）に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
【発明の効果】
【００１２】
上記の本発明の構成では、ロータが、ロータ回転軸より該ロータ外周を見込む１８０度の角度区分により２等分され、ロータの外周形状がそれぞれの角度区分に対応して、異なる２つの基準半径により規定される。そこで、ロータ回転軸に関し対称な位置に配置される一対の検出用コイルからの出力電圧に差を生じ、ロータが１８０度回転する度に、該電圧差の極性が正負何れかに反転する。この構成を採用した軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバでは、該電圧差の極性を判別することにより、ロータの回転角度検出における180度の不定性が除かれ、回転角基準点を起点とするロータの回転角度が特定される。このように、本発明によれば、ロータの外周形状を相違なる２つの基準半径で規定するという簡単な構成だけで、ロータの回転角度検出における180度の不定性を除き、ロータの回転角度の特定を可能にする軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバであり、励磁用及び検出用の複数のコイルが配置されるステータと、コイルを有せず、鉄、珪素鋼板などの磁性材料により形成されるロータとにより構成される。図１は、本実施形態において、所定の基準半径に対応して、ロータの外周形状を規定する仕方を模式的に示した図である。図において、１０３はロータの回転軸、２０１及び２０２はそのロータの外周である。１０１及び１０２は、ロータの外周２０１及び２０２をそれぞれ規定する基準半径である。Ｒ01及びＲ02はそれぞれ基準半径１０１及び１０２の値（長さ、Ｒ01＞Ｒ02）である。φは、ロータ回転軸１０３を中心として、時計回り方向に推移する極座標上の角度である。δ0は、φが４５度及び１３５度並びに２２５度及び３１５度であるときの基準半径とロータとのギャップである。δ1は、φが０度及び１８０度であるときの基準半径とロータとのギャップである。Ｒ1は、φが２７０度から９０度の間にあるときのロータの半径である。また、Ｒ2は、φが９０度から２７０度の間にあるときのロータの半径である。
【００１４】
φが２７０度から９０度の角度範囲においては、ロータの外周２０１の形状は、基準半径１０１で規定される。また、φが９０度から２７０度の角度範囲においては、ロータの外周２０２の形状は基準半径１０２で規定される。ロータの半径Ｒ1，Ｒ2を以下に述べるように規定することにより、ロータの外周２０１及び２０２とステータの各コイルとのギャップにおけるパーミアンス（ギャップパーミアンス）は、ロータの回転角度に応じて、正弦波状に変化する。
【００１５】
ロータの半径Ｒ1及びＲ2は、式（１）及び式（２）によりそれぞれ与えられる。
Ｒ1＝Ｒ01−δ0／｛１＋（δ0／δ1−１）cos２φ｝・・・・・（１）
Ｒ2＝Ｒ02−δ0／｛１＋（δ0／δ1−１）cos２φ｝・・・・・（２）
Ｒ1：φ＝270度から90度におけるロータ回転軸103からロータ外周201までの径
Ｒ2：φ＝90度から270度におけるロータ回転軸103からロータ外周202までの径
Ｒ01：基準半径101の値（長さ）
Ｒ02：基準半径102の値（長さ）
δ0：φ＝45°，135°，225°，315°におけるロータ外周201と基準半径101とのギャップ
δ1：φ＝0°，180°におけるロータ外周202と基準半径102とのギャップ
なお、δ0＞δ1である。
【００１６】
図２は、図１を参照して上に説明した式（１），（２）で規定された外周形状のロータ２を備える実施の形態（軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバ）におけるステータ上のコイルとロータ２との配置関係を示す概念図である。ステータ上のコイルの数が２ｎ（ｎ：正の整数）であるとし、コイルの数を一般化して説明する。コイルはＴ1，Ｔ2，Ｔ3，・・・・Ｔｎ−1，Ｔｎ，Ｔｎ＋1，Ｔｎ＋2，・・・・Ｔ2ｎなる記号で示してある。ロータ２の動的な回転角度の記号として、θを用いる。なお、各コイルはＳＩＮ出力コイル或いはＣＯＳ出力コイルを構成するものであり、ＳＩＮ出力はＴ1，Ｔ3，・・・・Ｔ2ｎ−1の各コイルを直列接続して出力される信号であり、ＣＯＳ出力はＴ2，Ｔ4，・・・・Ｔ2ｎの各コイルを直列接続して出力される信号である。
【００１７】
本実施形態においては、図２に示されるように、コイルＴ1，Ｔ2，Ｔ3，・・・・Ｔｎ−1，Ｔｎ，Ｔｎ＋1，Ｔｎ＋2，・・・・Ｔ2ｎの頭部は、全て基準半径１０１に接する位置で、ステータ１に均等間隔にて配置される。また図２は、ロータ２が時計周り方向に回転角度０度の起点から、９０度回転した状態を示している。回転角度θが０度から１８０度の間においては、コイルＴ1とロータ２との間のギャップＧ1は、下記（３）式で表される。
Ｇ1＝Ｒ01−Ｒ1
＝δ0／｛１＋（δ0／δ1−１）cos２θ｝・・・・・・・（３）
Ｇ1：コイルＴ1とロータ２とのギャップ
【００１８】
またロータ回転軸１０３に関しコイルＴ1と軸対称の角度に位置するコイルＴn＋1とロータ２との間のギャップＧn＋1は、同じく回転角度θが０度から１８０度の範囲内において下記（４）式で表される。
Ｇｎ＋1＝Ｒ01−Ｒ2
＝Ｒ01−Ｒ02＋δ0／｛１＋（δ0／δ1−１）cos２θ｝
・・・・・・・・・・・・（４）
Ｇｎ＋1：コイルＴｎ＋1とロータ２とのギャップ
【００１９】
上記の式（３）及び式（４）を参照して明らかなように、回転角度θが０度から１８０度の間においては、Ｇ1＜Ｇn＋1であり、コイルＴn＋1におけるギャップパーミアンスの値は、コイルＴ1におけるギャップパーミアンスの値よりも小さい値をとる。また、回転角度θが１８０度から３６０度では、上記とは逆にＧ1＞Ｇn＋1となる。
【００２０】
コイルＴ1より出力される電圧をＶ1とし、コイルＴn＋1より出力される電圧をＶn＋1とすると、回転角度θが０度から１８０度の間では、Ｖ1＞Ｖn＋1であり、その差Ｖ1−Ｖn＋1を△Ｖとすると、△Ｖ＞０となり、電圧差△Ｖの極性は正となる。回転角度θが１８０度から３６０度の間では、ギャップパーミアンスの値の大小関係が逆転し、Ｖ1＜Ｖn＋1となり、電圧差△Ｖの極性は負となる。この現象はコイルＴ1とコイルＴn＋1との間の関係のみに止まらず、回転軸１０３に関し互いに対称な位置にあり対をなす他の全てコイル対間においても同様である。例えば、コイルＴ2とコイルＴn＋2との間、またはコイルＴn とコイルＴ2nとの間においても全く同様である。即ち、回転軸１０３に関し互いに対称な位置にある１対のコイルに注目し、該１対のコイルで検出される誘起電圧の差△Ｖをとって△Ｖの極性を判別することにより、ロータ２の回転位置が、一周期目に対応する回転位置であるのか、または二周期目に対応する回転位置であるのかを判定することができる。従って、２Ｘレゾルバにおける回転角度検知上の不定性が除去され、ロータ２の回転角度θを確定的に検知することが可能となる。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明の一実施例について図１、図３、図４、図５、図６、図７及び図８を参照して説明する。本実施例においては、図１における基準半径及びギャップについて、基準半径１０１の値Ｒ01は15.000ｍｍ、基準半径１０２の値Ｒ02は14.090ｍｍ、ギャップδ0は２ｍｍ、ギャップδ1は１ｍｍに設定される。
【００２２】
図３は本実施例のステータ１とロータ２との間の配置関係を示した概念図であり、破線により示される８個のコイルＴ1,Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4,Ｔ5,Ｔ6,Ｔ7及びＴ8の頭部は、全て該基準半径１０１に接する位置でステータ１に均等間隔にて配置される。図４は、図３の具体的な構造を示した概念図である。このような配置で、基準半径１０１、基準半径１０２と、ギャップδ0，δ1の各値を設定することにより、コイルＴ1,Ｔ2,Ｔ3及びＴ4からは、図５に示される正弦波状の電圧Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3及びＶ4がそれぞれ発生し、コイルＴ5,Ｔ6,Ｔ7及びＴ8からは、図６に示される正弦波状の電圧Ｖ5,Ｖ6,Ｖ7及びＶ8がそれぞれ発生する。
【００２３】
図５及び図６を参照して明らかなように、各コイルの出力電圧は、ロータ２の回転角度θが０度から３６０度の範囲で２周期の出力電圧となる。回転角度θが０度から１８０度の間と１８０度から３６０度の間とを比較すると、ロータ２の半径がＲ1とＲ2で異なるから、出力電圧も異なる。図５において、例えばコイルＴ1の場合は、出力電圧Ｖ1は、９０度の状態において１．５Ｖとなり、２７０度の状態においては（１．５−δＶ）Ｖとなる。図６において、コイルＴ5の場合は、出力電圧Ｖ5は、９０度の状態において（１．５−δＶ）となり、２７０度の状態においては１．５Ｖとなる。
【００２４】
従って、コイルＴ1より出力される電圧Ｖ1と、コイルＴ5より出力される電圧Ｖ5との電圧差△Ｖを調べるならば、回転角度θが０度から１８０度の間で、△Ｖ＞０、極性は正となり、回転角度θが１８０度から３６０度の間で、△Ｖ＜０、極性は負となる。
【００２５】
図７は、コイルＴ1より出力される電圧Ｖ1と、コイルＴ5より出力される電圧Ｖ5との電圧差△Ｖの値の変化を、回転角度θの０度〜３６０度の範囲にわたり示す。なお図７における縦軸の数値の表示は、例えば[2.5E-02]の場合は、[2.5×10-2] を表している。
【００２６】
図８は、回転角度θが０度から３６０度の範囲における、本実施例の角度検出誤差を示す。ロータ２に対する基準半径の値を、一周期目と二周期目において変えたことに起因する角度検出誤差は、±0.0002度以内と極めて小さい値であり、バリアブルリラクタンス型レゾルバに対して要求される角度誤差（０．２度から１度）と対比して十分に小さい。このように、実用上十分な角度精度が得られる。
【００２７】
上述の本発明の実施例では、ロータ回転軸１０３に関し互いに軸対称の位置にあるコイルの出力電圧の差△Ｖを参照し、その△Ｖの極性を判別することにより、軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバにおける回転角度検知上の不定性が除去され、ロータ２の回転角度θを一義的に特定することが可能となる。この実施例に示すように、本発明による軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバでは、格別な要素の付加はなく、外周形状を工夫したロータが特徴であり、その構造は実に簡単である。したがって、本発明の軸倍角２Ｘのバリアブルリラクタンス型レゾルバは、格別な要素の付加により回転角度θを一義的に特定できるようにする特許文献１，２記載の構造とは相違し、簡単な構造で製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態において、ロータの外周形状を規定する方法を模式的に示した図である。
【図２】図１の実施形態におけるステータ上のコイルとロータとの間の配置関係を示した概念図である。
【図３】本発明の実施例におけるステータ上のコイルとロータとの間の配置関係を示した概念図である。
【図４】図３の実施例の具体的な構造を示した概念図である。
【図５】図３の実施例において、ロータの回転角度とコイルＴ1,Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4から出力される電圧との関係を示す図表である。
【図６】図３の実施例において、ロータの回転角度とコイルＴ5,Ｔ6,Ｔ7,Ｔ8から出力される電圧との関係を示す図表である。
【図７】図３の実施例において、回転軸に関し互いに対称な位置にあるコイルからの出力電圧の差△Ｖとロータの回転角度との関係を示す図表である。
【図８】図３の実施例において、ロータの回転角度と角度検出誤差との関係を示す図表である。
【図９】従来例のバリアブルリラクタンス型レゾルバの具体的構成を示した概念図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ステータ
２    ロータ
３    コイル
１０３    ロータの回転軸
１０１，１０２    ロータの外周２０１及び２０２をそれぞれ規定する基準半径
２０１，２０２    ロータの外周
Ｒ01，Ｒ02    基準半径１０１及び１０２の値（長さ、Ｒ01＞Ｒ02）
φ    ロータ形状を規定するための、ロータ回転軸１０３を中心として、時計回り方向に推移する極座標上の角度
θ    ロータの回転角度
δ0    φが４５度及び１３５度並びに２２５度及び３１５度であるときの基準半径とロータとのギャップ
δ1    φが０度及び１８０度であるときの基準半径とロータとのギャップ
Ｒ1    φが０度〜１８０度の間にあるときのロータの半径
Ｒ2    φが１８０度〜３６０度の間にあるときのロータの半径
Ｔ1,Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4,Ｔ5,Ｔ6,Ｔ7,Ｔ8    コイル
△Ｖ    回転軸１０３に関し互いに対称な位置のコイルの出力電圧の差
Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4, Ｖ5,Ｖ6,Ｖ7,Ｖ8    コイルＴ1,Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4,Ｔ5,Ｔ6,Ｔ7,Ｔ8の出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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